O papel e a importância dos principais gases do ar atmosférico

A composição e estrutura da atmosfera.

A atmosfera é o invólucro gasoso da Terra. A extensão vertical da atmosfera é superior a três raios terrestres (o raio médio é de 6371 km) e a massa é de 5,157 x 10 15 toneladas, que é aproximadamente um milionésimo da massa da Terra.

A divisão da atmosfera em camadas na direção vertical é baseada no seguinte:

composição do ar atmosférico,

Processos físicos e químicos;

Distribuição de temperatura de altitude;

Interação da atmosfera com a superfície subjacente.

A atmosfera do nosso planeta é uma mistura mecânica de vários gases, incluindo vapor de água, bem como uma certa quantidade de aerossóis. A composição do ar seco nos 100 km inferiores permanece quase constante. O ar limpo e seco, no qual não há vapor d'água, poeira e outras impurezas, é uma mistura de gases, principalmente nitrogênio (78% do volume de ar) e oxigênio (21%). Um pouco menos de um por cento é argônio, e em quantidades muito pequenas há muitos outros gases - xenônio, criptônio, dióxido de carbono, hidrogênio, hélio, etc. (Tabela 1.1).

Nitrogênio, oxigênio e outros componentes do ar atmosférico estão sempre na atmosfera em estado gasoso, pois as temperaturas críticas, ou seja, as temperaturas em que podem estar em estado líquido, são muito inferiores às temperaturas observadas na superfície da Terra. . A exceção é o dióxido de carbono. No entanto, para a transição para o estado líquido, além da temperatura, também é necessário atingir um estado de saturação. Não há muito dióxido de carbono na atmosfera (0,03%) e está na forma de moléculas individuais, distribuídas uniformemente entre as moléculas de outros gases atmosféricos. Nos últimos 60-70 anos, seu conteúdo aumentou de 10 a 12%, sob a influência da atividade humana.

Mais do que outros, o conteúdo de vapor de água está sujeito a alterações, cuja concentração na superfície da Terra em altas temperaturas pode chegar a 4%. Com o aumento da altitude e a diminuição da temperatura, o teor de vapor de água diminui acentuadamente (a uma altura de 1,5 a 2,0 km - pela metade e 10 a 15 vezes do equador ao pólo).

A massa de impurezas sólidas nos últimos 70 anos na atmosfera do hemisfério norte aumentou cerca de 1,5 vezes.

A constância da composição gasosa do ar é assegurada pela mistura intensiva da camada inferior de ar.

Composição gasosa das camadas inferiores de ar seco (sem vapor de água)

O papel e a importância dos principais gases do ar atmosférico

OXIGÊNIO (O) vital para quase todos os habitantes do planeta. É um gás ativo. Participa de reações químicas com outros gases atmosféricos. O oxigênio absorve ativamente a energia radiante, especialmente comprimentos de onda muito curtos inferiores a 2,4 μm. Sob a influência da radiação ultravioleta solar (X< 03 µm), a molécula de oxigênio se decompõe em átomos. O oxigênio atômico, combinando-se com uma molécula de oxigênio, forma uma nova substância - oxigênio triatômico ou ozônio(Oz). O ozônio é encontrado principalmente em grandes altitudes. Lá seu papel para o planeta é excepcionalmente benéfico. Na superfície da Terra, o ozônio é formado durante as descargas atmosféricas.

Ao contrário de todos os outros gases na atmosfera, que não têm gosto nem cheiro, o ozônio tem um cheiro característico. Traduzido do grego, a palavra "ozônio" significa "cheiro forte". Depois de uma tempestade, esse cheiro é agradável, é percebido como o cheiro de frescor. Em grandes quantidades, o ozônio é uma substância venenosa. Em cidades com um grande número de carros e, portanto, grandes emissões de gases automotivos, o ozônio é formado sob a ação da luz solar em tempo sem nuvens ou levemente nublado. A cidade está envolta em uma nuvem amarelo-azulada, a visibilidade está se deteriorando. Este é o smog fotoquímico.

O NITROGÊNIO (N2) é um gás neutro, não reage com outros gases da atmosfera, não participa da absorção de energia radiante.

Até altitudes de 500 km, a atmosfera consiste principalmente de oxigênio e nitrogênio. Ao mesmo tempo, se o nitrogênio prevalece na camada inferior da atmosfera, então em grandes altitudes há mais oxigênio do que nitrogênio.

ARGON (Ag) - um gás neutro, não entra em reação, não participa da absorção e emissão de energia radiante. Da mesma forma - xenônio, criptônio e muitos outros gases. O argônio é uma substância pesada, muito escassa nas altas camadas da atmosfera.

O DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) na atmosfera é em média 0,03%. Este gás é muito necessário para as plantas e é ativamente absorvido por elas. A quantidade real no ar pode variar um pouco. Em áreas industriais, sua quantidade pode aumentar até 0,05%. No campo, acima das florestas, há menos campos. Sobre a Antártida, aproximadamente 0,02% do dióxido de carbono, ou seja, quase Ouse menor do que a quantidade média na atmosfera. A mesma quantidade e ainda menos sobre o mar - 0,01 - 0,02%, uma vez que o dióxido de carbono é intensamente absorvido pela água.

Na camada de ar diretamente adjacente à superfície da Terra, a quantidade de dióxido de carbono também sofre flutuações diárias.

Mais à noite, menos durante o dia. Isso é explicado pelo fato de que durante o dia o dióxido de carbono é absorvido pelas plantas, mas não à noite. As plantas do planeta durante o ano retiram cerca de 550 bilhões de toneladas de oxigênio da atmosfera e devolvem a ela cerca de 400 bilhões de toneladas de oxigênio.

O dióxido de carbono é completamente transparente aos raios solares de comprimento de onda curto, mas absorve intensamente a radiação infravermelha térmica da Terra. Relacionado a isso está o problema do efeito estufa, sobre o qual periodicamente ressurgem as discussões nas páginas da imprensa científica e, principalmente, nos meios de comunicação de massa.

HÉLIO (He) é um gás muito leve. Ele entra na atmosfera da crosta terrestre como resultado do decaimento radioativo do tório e do urânio. Hélio escapa para o espaço sideral. A taxa de diminuição do hélio corresponde à taxa de sua entrada das entranhas da Terra. De uma altitude de 600 km a 16.000 km, nossa atmosfera consiste principalmente de hélio. Esta é a "coroa de hélio da Terra" nas palavras de Vernadsky. O hélio não reage com outros gases atmosféricos e não participa da transferência de calor radiante.

O HIDROGÊNIO (Hg) é um gás ainda mais leve. Há muito pouco dela perto da superfície da Terra. Ele sobe para a atmosfera superior. Na termosfera e exosfera, o hidrogênio atômico se torna o componente dominante. O hidrogênio é a concha mais alta e distante do nosso planeta. Acima de 16.000 km do limite superior da atmosfera, ou seja, até altitudes de 30-40 mil km, predomina o hidrogênio. Assim, a composição química da nossa atmosfera com altura aproxima-se da composição química do Universo, no qual o hidrogênio e o hélio são os elementos mais abundantes. Na parte mais externa e extremamente rarefeita da atmosfera superior, hidrogênio e hélio escapam da atmosfera. Seus átomos individuais têm velocidades suficientemente altas para isso.

Planeta azul...

Este tópico era para aparecer no site um dos primeiros. Afinal, helicópteros são aeronaves atmosféricas. atmosfera da Terra- seu, por assim dizer, habitat :-). MAS propriedades físicas do ar basta determinar a qualidade deste habitat :-). Então isso é um dos fundamentos. E a base é sempre escrita primeiro. Mas só percebi isso agora. No entanto, é melhor, como você sabe, tarde do que nunca... Vamos tocar neste assunto, mas sem entrar na selva e dificuldades desnecessárias :-).

Então… atmosfera da Terra. Esta é a concha gasosa do nosso planeta azul. Todo mundo conhece esse nome. Por que azul? Simplesmente porque o componente “azul” (assim como azul e violeta) da luz solar (espectro) está mais bem espalhado na atmosfera, colorindo-o assim em azul-azulado, às vezes com um toque de violeta (em um dia ensolarado, é claro :-)).

Composição da atmosfera terrestre.

A composição da atmosfera é bastante ampla. Não vou listar todos os componentes no texto, há uma boa ilustração para isso: a composição de todos esses gases é quase constante, com exceção do dióxido de carbono (CO 2 ). Além disso, a atmosfera contém necessariamente água na forma de vapores, gotículas suspensas ou cristais de gelo. A quantidade de água não é constante e depende da temperatura e, em menor grau, da pressão do ar. Além disso, a atmosfera da Terra (especialmente a atual) também contém uma certa quantidade, eu diria "todo tipo de sujeira" :-). Estes são SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, além disso, existem vapores de mercúrio Hg. É verdade, tudo isso está lá em pequenas quantidades, graças a Deus :-).

atmosfera da Terra Costuma-se dividir em várias zonas uma após a outra em altura acima da superfície.

A primeira, mais próxima da Terra, é a troposfera. Esta é a camada mais baixa e, por assim dizer, a principal para a vida de vários tipos. Ele contém 80% da massa de todo o ar atmosférico (embora em volume represente apenas cerca de 1% de toda a atmosfera) e cerca de 90% de toda a água atmosférica. A maior parte de todos os ventos, nuvens, chuvas e neves 🙂 vem de lá. A troposfera se estende a alturas de cerca de 18 km em latitudes tropicais e até 10 km em latitudes polares. A temperatura do ar nele cai com um aumento de cerca de 0,65º a cada 100 m.

zonas atmosféricas.

A segunda zona é a estratosfera. Devo dizer que outra zona estreita se distingue entre a troposfera e a estratosfera - a tropopausa. Ele pára a queda de temperatura com a altura. A tropopausa tem uma espessura média de 1,5-2 km, mas seus limites são indistintos e a troposfera muitas vezes se sobrepõe à estratosfera.

Assim, a estratosfera tem uma altura média de 12 km a 50 km. A temperatura até 25 km permanece inalterada (cerca de -57ºС), então em algum lugar até 40 km sobe para cerca de 0ºС e até 50 km permanece inalterada. A estratosfera é uma parte relativamente calma da atmosfera da Terra. Praticamente não há condições climáticas adversas nele. É na estratosfera que se localiza a famosa camada de ozônio em altitudes de 15-20 km a 55-60 km.

Isto é seguido por uma pequena estratopausa da camada limite, na qual a temperatura permanece em torno de 0ºС, e então a próxima zona é a mesosfera. Estende-se a altitudes de 80-90 km, e nele a temperatura cai para cerca de 80ºС. Na mesosfera, pequenos meteoros geralmente se tornam visíveis, que começam a brilhar e queimar lá.

A próxima lacuna estreita é a mesopausa e, além dela, a zona da termosfera. Sua altura é de até 700-800 km. Aqui a temperatura volta a subir e em altitudes de cerca de 300 km pode atingir valores da ordem dos 1200ºС. A partir daí, permanece constante. A ionosfera está localizada dentro da termosfera até uma altura de cerca de 400 km. Aqui, o ar é fortemente ionizado devido à exposição à radiação solar e possui uma alta condutividade elétrica.

A próxima e, em geral, a última zona é a exosfera. Esta é a chamada zona de dispersão. Aqui estão presentes principalmente hidrogênio e hélio muito rarefeitos (com predominância de hidrogênio). Em altitudes de cerca de 3.000 km, a exosfera passa para o vácuo do espaço próximo.

É assim em algum lugar. Por que? Porque essas camadas são bastante condicionais. Várias mudanças de altitude, composição de gases, água, temperatura, ionização e assim por diante são possíveis. Além disso, existem muitos outros termos que definem a estrutura e o estado da atmosfera terrestre.

Por exemplo, homosfera e heterosfera. No primeiro, os gases atmosféricos estão bem misturados e sua composição é bastante homogênea. O segundo está localizado acima do primeiro e praticamente não há essa mistura lá. Os gases são separados por gravidade. O limite entre essas camadas está localizado a uma altitude de 120 km, e é chamado de turbopausa.

Vamos terminar com os termos, mas definitivamente acrescentarei que é convencionalmente aceito que o limite da atmosfera esteja localizado a uma altitude de 100 km acima do nível do mar. Essa fronteira é chamada de Linha Karman.

Vou adicionar mais duas fotos para ilustrar a estrutura da atmosfera. O primeiro, no entanto, está em alemão, mas é completo e fácil de entender :-). Pode ser ampliado e bem considerado. A segunda mostra a mudança na temperatura atmosférica com a altitude.

A estrutura da atmosfera da Terra.

Mudança na temperatura do ar com a altura.

As naves espaciais orbitais tripuladas modernas voam a altitudes de cerca de 300-400 km. No entanto, isso não é mais aviação, embora a área, é claro, esteja em certo sentido intimamente relacionada, e certamente voltaremos a falar sobre isso :-).

A zona de aviação é a troposfera. Aeronaves atmosféricas modernas também podem voar nas camadas inferiores da estratosfera. Por exemplo, o teto prático do MIG-25RB é de 23.000 m.

Voo na estratosfera.

E exatamente propriedades físicas do ar as troposferas determinam como será o voo, quão eficaz será o sistema de controle da aeronave, como a turbulência na atmosfera o afetará, como os motores funcionarão.

A primeira propriedade principal é temperatura do ar. Na dinâmica dos gases, pode ser determinada na escala Celsius ou na escala Kelvin.

Temperatura t1 a uma determinada altura H na escala Celsius é determinado:

t 1 \u003d t - 6,5N, Onde té a temperatura do ar no solo.

A temperatura na escala Kelvin é chamada temperatura absoluta Zero nesta escala é zero absoluto. No zero absoluto, o movimento térmico das moléculas para. O zero absoluto na escala Kelvin corresponde a -273º na escala Celsius.

Assim, a temperatura T em alta H na escala Kelvin é determinado:

T \u003d 273K + t - 6,5H

Pressão do ar. A pressão atmosférica é medida em Pascals (N/m 2), no antigo sistema de medição em atmosferas (atm.). Existe também a pressão barométrica. Esta é a pressão medida em milímetros de mercúrio usando um barômetro de mercúrio. Pressão barométrica (pressão ao nível do mar) igual a 760 mm Hg. Arte. chamado padrão. Em física, 1 atm. apenas igual a 760 mm Hg.

Densidade do ar. Em aerodinâmica, o conceito mais comumente usado é a densidade de massa do ar. Esta é a massa de ar em 1 m3 de volume. A densidade do ar muda com a altura, o ar se torna mais rarefeito.

Umidade do ar. Mostra a quantidade de água no ar. Existe um conceito" humidade relativa". Esta é a razão entre a massa de vapor de água e o máximo possível a uma dada temperatura. O conceito de 0%, ou seja, quando o ar está completamente seco, pode existir em geral apenas no laboratório. Por outro lado, 100% de umidade é bastante real. Isso significa que o ar absorveu toda a água que poderia absorver. Algo como uma absolutamente "esponja cheia". A alta umidade relativa reduz a densidade do ar, enquanto a baixa umidade relativa a aumenta de acordo.

Devido ao fato de os voos das aeronaves ocorrerem sob diferentes condições atmosféricas, seus parâmetros de voo e aerodinâmicos em um modo de voo podem ser diferentes. Portanto, para uma correta avaliação desses parâmetros, introduzimos Atmosfera Padrão Internacional (ISA). Mostra a mudança no estado do ar com o aumento da altitude.

Os principais parâmetros do estado do ar com umidade zero são tomados como:

pressão P = 760 mm Hg. Arte. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

densidade de massa ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Para o ISA, assume-se (como mencionado acima :-)) que a temperatura cai na troposfera em 0,65º para cada 100 metros de altitude.

Atmosfera padrão (exemplo até 10000 m).

As tabelas ISA são usadas para calibrar instrumentos, bem como para cálculos de navegação e engenharia.

Propriedades físicas do ar também incluem conceitos como inércia, viscosidade e compressibilidade.

A inércia é uma propriedade do ar que caracteriza sua capacidade de resistir a mudanças no estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme. . A medida da inércia é a densidade de massa do ar. Quanto maior for, maior será a inércia e a força de arrasto do meio quando a aeronave se move nele.

Viscosidade. Determina a resistência ao atrito contra o ar à medida que a aeronave se move.

A compressibilidade mede a mudança na densidade do ar à medida que a pressão muda. Em baixas velocidades da aeronave (até 450 km/h), não há alteração na pressão quando o fluxo de ar flui ao seu redor, mas em altas velocidades, o efeito da compressibilidade começa a aparecer. Sua influência no supersônico é especialmente pronunciada. Esta é uma área separada de aerodinâmica e um tópico para um artigo separado :-).

Bem, parece que é tudo por agora... É hora de terminar esta enumeração um pouco tediosa, que, no entanto, não pode ser dispensada :-). atmosfera da Terra, seus parâmetros, propriedades físicas do ar são tão importantes para a aeronave quanto os parâmetros do próprio aparelho, e era impossível não mencioná-los.

Por enquanto, até os próximos encontros e temas mais interessantes 🙂 …

P.S. Para sobremesa, sugiro assistir a um vídeo filmado do cockpit de um gêmeo MIG-25PU durante seu voo para a estratosfera. Filmado, aparentemente, por um turista que tem dinheiro para esses voos :-). Filmado principalmente através do pára-brisa. Observe a cor do céu...

A atmosfera é uma mistura de vários gases. Estende-se desde a superfície da Terra até uma altura de até 900 km, protegendo o planeta do espectro nocivo da radiação solar, e contém gases necessários para toda a vida no planeta. A atmosfera retém o calor do sol, aquecendo perto da superfície da Terra e criando um clima favorável.

Composição da atmosfera

A atmosfera da Terra consiste principalmente de dois gases - nitrogênio (78%) e oxigênio (21%). Além disso, contém impurezas de dióxido de carbono e outros gases. na atmosfera existe na forma de vapor, gotas de umidade nas nuvens e cristais de gelo.

Camadas da atmosfera

A atmosfera consiste em muitas camadas, entre as quais não há limites claros. As temperaturas das diferentes camadas diferem marcadamente umas das outras.

magnetosfera sem ar. A maioria dos satélites da Terra voa aqui fora da atmosfera da Terra. Exosfera (450-500 km da superfície). Quase não contém gases. Alguns satélites meteorológicos voam na exosfera. A termosfera (80-450 km) é caracterizada por altas temperaturas atingindo 1700°C na camada superior. Mesosfera (50-80 km). Nesta esfera, a temperatura cai à medida que a altitude aumenta. É aqui que a maioria dos meteoritos (fragmentos de rochas espaciais) que entram na atmosfera são queimados. Estratosfera (15-50 km). Contém uma camada de ozônio, ou seja, uma camada de ozônio que absorve a radiação ultravioleta do sol. Isso leva a um aumento da temperatura perto da superfície da Terra. Aviões a jato costumam voar aqui, pois a visibilidade nesta camada é muito boa e quase não há interferência causada pelas condições climáticas. Troposfera. A altura varia de 8 a 15 km da superfície da Terra. É aqui que se forma o clima do planeta, já que em esta camada contém mais vapor de água, poeira e ventos. A temperatura diminui com a distância da superfície da Terra.

Pressão atmosférica

Embora não o sintamos, as camadas da atmosfera exercem pressão sobre a superfície da Terra. O mais alto está perto da superfície e, à medida que você se afasta, diminui gradualmente. Depende da diferença de temperatura entre a terra e o oceano e, portanto, em áreas localizadas na mesma altura acima do nível do mar, geralmente há uma pressão diferente. A baixa pressão traz o clima úmido, enquanto a alta pressão geralmente define o clima claro.

O movimento das massas de ar na atmosfera

E as pressões fazem com que a atmosfera inferior se misture. Isso cria ventos que sopram de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão. Em muitas regiões, também ocorrem ventos locais, causados ​​por diferenças nas temperaturas da terra e do mar. As montanhas também têm uma influência significativa na direção dos ventos.

Efeito estufa

O dióxido de carbono e outros gases na atmosfera terrestre retêm o calor do sol. Esse processo é comumente chamado de efeito estufa, pois é em muitos aspectos semelhante à circulação de calor em estufas. O efeito estufa provoca o aquecimento global do planeta. Em áreas de alta pressão - anticiclones - um claro solar é estabelecido. Em áreas de baixa pressão - ciclones - o clima costuma ser instável. Calor e luz entrando na atmosfera. Os gases retêm o calor refletido da superfície da Terra, fazendo com que a temperatura na Terra suba.

Existe uma camada especial de ozônio na estratosfera. O ozônio bloqueia a maior parte da radiação ultravioleta do Sol, protegendo a Terra e toda a vida nela. Os cientistas descobriram que a causa da destruição da camada de ozônio são gases especiais de dióxido de clorofluorocarbono contidos em alguns aerossóis e equipamentos de refrigeração. Sobre o Ártico e a Antártida, enormes buracos foram encontrados na camada de ozônio, contribuindo para um aumento na quantidade de radiação ultravioleta que afeta a superfície da Terra.

O ozônio é formado na baixa atmosfera como resultado entre a radiação solar e vários gases e gases de exaustão. Normalmente, ele se dispersa pela atmosfera, mas se uma camada fechada de ar frio se forma sob uma camada de ar quente, o ozônio se concentra e ocorre o smog. Infelizmente, isso não pode compensar a perda de ozônio nos buracos de ozônio.

A imagem de satélite mostra claramente um buraco na camada de ozônio sobre a Antártida. O tamanho do buraco varia, mas os cientistas acreditam que está aumentando constantemente. Estão a ser feitas tentativas para reduzir o nível de gases de escape na atmosfera. Reduzir a poluição do ar e usar combustíveis sem fumaça nas cidades. O smog causa irritação nos olhos e asfixia em muitas pessoas.

O surgimento e evolução da atmosfera da Terra

A atmosfera moderna da Terra é o resultado de um longo desenvolvimento evolutivo. Surgiu como resultado da ação conjunta de fatores geológicos e da atividade vital dos organismos. Ao longo da história geológica, a atmosfera da Terra passou por vários rearranjos profundos. Com base em dados geológicos e teóricos (pré-requisitos), a atmosfera primordial da Terra jovem, que existia há cerca de 4 bilhões de anos, poderia consistir em uma mistura de gases inertes e nobres com uma pequena adição de nitrogênio passivo (N. A. Yasamanov, 1985 ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Atualmente, a visão sobre a composição e estrutura da atmosfera primitiva mudou um pouco. A atmosfera primária (protoatmosfera) no estágio protoplanetário mais antigo. bilhões de anos, pode consistir em uma mistura de metano, amônia e dióxido de carbono. e seus compostos começaram a entrar na atmosfera, assim como ácidos de halogênio fortes - HCI, HF, HI e ácido bórico, que foram suplementados por metano, amônia, hidrogênio, argônio e alguns outros gases nobres na atmosfera. extremamente fino. Portanto, a temperatura próxima à superfície da Terra estava próxima da temperatura de equilíbrio radiativo (AS Monin, 1977).

Com o tempo, a composição gasosa da atmosfera primária começou a se transformar sob a influência dos processos de intemperismo das rochas salientes na superfície terrestre, da atividade vital das cianobactérias e algas azul-esverdeadas, dos processos vulcânicos e da ação da luz solar. Isso levou à decomposição do metano em dióxido de carbono, amônia - em nitrogênio e hidrogênio; dióxido de carbono começou a se acumular na atmosfera secundária, que desceu lentamente para a superfície da terra, e nitrogênio. Graças à atividade vital das algas verde-azuladas, o oxigênio começou a ser produzido no processo de fotossíntese, que, no entanto, no início era gasto principalmente na “oxidação de gases atmosféricos e depois nas rochas. Ao mesmo tempo, a amônia, oxidada em nitrogênio molecular, começou a se acumular intensamente na atmosfera. Supõe-se que uma parte significativa do nitrogênio na atmosfera moderna seja relíquia. Metano e monóxido de carbono foram oxidados a dióxido de carbono. O enxofre e o sulfeto de hidrogênio foram oxidados a SO 2 e SO 3, que, devido à sua alta mobilidade e leveza, foram rapidamente removidos da atmosfera. Assim, a atmosfera de redutora, como era no Arqueano e no início do Proterozóico, gradualmente se transformou em oxidante.

O dióxido de carbono entrou na atmosfera como resultado da oxidação do metano e como resultado da desgaseificação do manto e intemperismo das rochas. Caso todo o dióxido de carbono liberado ao longo de toda a história da Terra permanecesse na atmosfera, sua pressão parcial poderia se tornar a mesma de Vênus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Mas na Terra, o processo foi invertido. Parte significativa do dióxido de carbono da atmosfera foi dissolvida na hidrosfera, na qual foi utilizada por organismos aquáticos para construir suas conchas e convertida biogenicamente em carbonatos. Posteriormente, os estratos mais poderosos de carbonatos quimiogênicos e organogênicos foram formados a partir deles.

O oxigênio foi fornecido à atmosfera a partir de três fontes. Por muito tempo, a partir do momento da formação da Terra, ele foi liberado durante a desgaseificação do manto e foi gasto principalmente em processos oxidativos.Outra fonte de oxigênio foi a fotodissociação do vapor d'água pela radiação solar ultravioleta forte. aparências; o oxigênio livre na atmosfera levou à morte da maioria dos procariontes que viviam em condições redutoras. Organismos procariontes mudaram seus habitats. Eles deixaram a superfície da Terra em suas profundezas e regiões onde as condições redutoras ainda eram preservadas. Eles foram substituídos por eucariotos, que começaram a processar vigorosamente o dióxido de carbono em oxigênio.

Durante o Arqueano e uma parte significativa do Proterozóico, quase todo o oxigênio, oriundo tanto abiogenicamente quanto biogenicamente, foi gasto principalmente na oxidação de ferro e enxofre. No final do Proterozóico, todo o ferro bivalente metálico que estava na superfície da Terra se oxidou ou se moveu para o núcleo da Terra. Isso levou ao fato de que a pressão parcial de oxigênio na atmosfera proterozóica inicial mudou.

Em meados do Proterozóico, a concentração de oxigênio na atmosfera atingiu o ponto Urey e atingiu 0,01% do nível atual. A partir dessa época, o oxigênio começou a se acumular na atmosfera e, provavelmente, já no final do Rifeu, seu teor atingiu o ponto de Pasteur (0,1% do nível atual). É possível que a camada de ozônio tenha surgido no período vendiano e nunca tenha desaparecido.

O surgimento do oxigênio livre na atmosfera terrestre estimulou a evolução da vida e levou ao surgimento de novas formas com metabolismo mais perfeito. Se as algas e cianetos unicelulares eucarióticos anteriores, que apareceram no início do Proterozóico, exigiam um teor de oxigênio na água de apenas 10 -3 de sua concentração moderna, então, com o surgimento de Metazoa não esquelético no final do início do Vendian, ou seja, cerca de 650 milhões de anos atrás, a concentração de oxigênio na atmosfera deveria ter sido muito maior. Afinal, Metazoa usava respiração de oxigênio e isso exigia que a pressão parcial de oxigênio atingisse um nível crítico - o ponto de Pasteur. Neste caso, o processo de fermentação anaeróbica foi substituído por um metabolismo de oxigênio energeticamente mais promissor e progressivo.

Depois disso, o acúmulo adicional de oxigênio na atmosfera da Terra ocorreu muito rapidamente. O aumento progressivo do volume de algas verde-azuladas contribuiu para a obtenção na atmosfera do nível de oxigênio necessário para a manutenção da vida do mundo animal. Uma certa estabilização do teor de oxigênio na atmosfera ocorreu desde o momento em que as plantas chegaram à terra - cerca de 450 milhões de anos atrás. O surgimento de plantas em terra, ocorrido no período Siluriano, levou à estabilização final do nível de oxigênio na atmosfera. Desde então, sua concentração começou a flutuar dentro de limites bastante estreitos, nunca ultrapassando a existência da vida. A concentração de oxigênio na atmosfera se estabilizou completamente desde o aparecimento das plantas com flores. Este evento ocorreu no meio do período Cretáceo, ou seja, cerca de 100 milhões de anos atrás.

A maior parte do nitrogênio foi formada nos estágios iniciais do desenvolvimento da Terra, principalmente devido à decomposição da amônia. Com o advento dos organismos, iniciou-se o processo de ligar o nitrogênio atmosférico à matéria orgânica e enterrá-lo em sedimentos marinhos. Após a liberação de organismos em terra, o nitrogênio começou a ser enterrado em sedimentos continentais. Os processos de processamento do nitrogênio livre foram especialmente intensificados com o advento das plantas terrestres.

Na virada do Criptozóico e Fanerozóico, ou seja, cerca de 650 milhões de anos atrás, o teor de dióxido de carbono na atmosfera diminuiu para décimos de por cento, e atingiu um teor próximo ao nível atual apenas recentemente, cerca de 10-20 milhões anos atrás.

Assim, a composição gasosa da atmosfera não apenas forneceu espaço vital para os organismos, mas também determinou as características de sua atividade vital, promoveu o assentamento e a evolução. As falhas resultantes na distribuição da composição do gás atmosférico favorável aos organismos, tanto por causas cósmicas quanto planetárias, levaram a extinções em massa do mundo orgânico, que ocorreram repetidamente durante o Criptozóico e em certos limites da história Fanerozóica.

Funções etnosféricas da atmosfera

A atmosfera da Terra fornece a substância necessária, a energia e determina a direção e a velocidade dos processos metabólicos. A composição gasosa da atmosfera moderna é ideal para a existência e desenvolvimento da vida. Como área de formação do tempo e do clima, a atmosfera deve criar condições confortáveis ​​para a vida de pessoas, animais e vegetação. Desvios em uma direção ou outra na qualidade do ar atmosférico e nas condições climáticas criam condições extremas para a vida do mundo animal e vegetal, incluindo os humanos.

A atmosfera da Terra não fornece apenas as condições para a existência da humanidade, sendo o principal fator na evolução da etnosfera. Ao mesmo tempo, revela-se um recurso energético e de matéria-prima para a produção. Em geral, a atmosfera é um fator que preserva a saúde humana, e algumas áreas, devido às condições físicas e geográficas e qualidade do ar atmosférico, servem como áreas de lazer e são áreas destinadas ao tratamento sanatório e recreação para as pessoas. Assim, a atmosfera é um fator de impacto estético e emocional.

As funções etnosféricas e tecnosféricas da atmosfera, determinadas muito recentemente (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), precisam de um estudo independente e aprofundado. Assim, o estudo das funções energéticas atmosféricas é muito relevante tanto ao nível da ocorrência e funcionamento de processos que danificam o ambiente, como ao nível do impacto na saúde e bem-estar humano. Neste caso, estamos falando da energia de ciclones e anticiclones, vórtices atmosféricos, pressão atmosférica e outros fenômenos atmosféricos extremos, cujo uso efetivo contribuirá para a solução bem sucedida do problema de obtenção de fontes alternativas de energia que não poluem o meio ambiente. meio Ambiente. Afinal, o ambiente aéreo, especialmente a parte dele que está localizada acima do Oceano Mundial, é uma área para a liberação de uma quantidade colossal de energia livre.

Por exemplo, foi estabelecido que ciclones tropicais de força média liberam energia equivalente à energia de 500.000 bombas atômicas lançadas sobre Hiroshima e Nagasaki em apenas um dia. Para 10 dias da existência de tal ciclone, é liberada energia suficiente para atender todas as necessidades energéticas de um país como os Estados Unidos por 600 anos.

Nos últimos anos, tem sido publicado um grande número de trabalhos de cientistas naturais, em certa medida relacionados a vários aspectos da atividade e da influência da atmosfera nos processos terrestres, o que indica a intensificação das interações interdisciplinares nas ciências naturais modernas. Ao mesmo tempo, manifesta-se o papel integrador de algumas de suas direções, entre as quais cabe destacar a direção funcional-ecológica em geoecologia.

Essa direção estimula a análise e a generalização teórica das funções ecológicas e do papel planetário das várias geosferas, e isso, por sua vez, é um pré-requisito importante para o desenvolvimento de metodologia e fundamentos científicos para um estudo holístico de nosso planeta, o uso racional e proteção de seus recursos naturais.

A atmosfera da Terra consiste em várias camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, ionosfera e exosfera. Na parte superior da troposfera e na parte inferior da estratosfera existe uma camada enriquecida com ozônio, chamada de camada de ozônio. Certas regularidades (diárias, sazonais, anuais, etc.) na distribuição do ozônio foram estabelecidas. Desde a sua criação, a atmosfera influenciou o curso dos processos planetários. A composição primária da atmosfera era completamente diferente da atual, mas ao longo do tempo a proporção e o papel do nitrogênio molecular aumentaram constantemente, cerca de 650 milhões de anos atrás apareceu o oxigênio livre, cuja quantidade aumentou continuamente, mas a concentração de dióxido de carbono diminuiu de acordo . A alta mobilidade da atmosfera, sua composição gasosa e a presença de aerossóis determinam seu papel de destaque e participação ativa em diversos processos geológicos e biosféricos. O papel da atmosfera na redistribuição da energia solar e no desenvolvimento de fenômenos naturais catastróficos e desastres é grande. Redemoinhos atmosféricos - tornados (tornados), furacões, tufões, ciclones e outros fenômenos têm um impacto negativo no mundo orgânico e nos sistemas naturais. As principais fontes de poluição, juntamente com os fatores naturais, são várias formas de atividade econômica humana. Os impactos antropogênicos na atmosfera se expressam não apenas no aparecimento de vários aerossóis e gases de efeito estufa, mas também no aumento da quantidade de vapor d'água, e se manifestam na forma de smog e chuva ácida. Os gases de efeito estufa alteram o regime de temperatura da superfície terrestre, as emissões de certos gases reduzem o volume da tela de ozônio e contribuem para a formação de buracos de ozônio. O papel etnosférico da atmosfera da Terra é grande.

O papel da atmosfera nos processos naturais

A atmosfera superficial em seu estado intermediário entre a litosfera e o espaço sideral e sua composição gasosa criam condições para a vida dos organismos. Ao mesmo tempo, o intemperismo e a intensidade da destruição das rochas, a transferência e o acúmulo de material detrítico dependem da quantidade, natureza e frequência da precipitação, da frequência e força dos ventos e especialmente da temperatura do ar. A atmosfera é o componente central do sistema climático. Temperatura e umidade do ar, nebulosidade e precipitação, vento - tudo isso caracteriza o clima, ou seja, o estado em constante mudança da atmosfera. Ao mesmo tempo, esses mesmos componentes também caracterizam o clima, ou seja, o regime climático médio de longo prazo.

A composição dos gases, a presença de nuvens e várias impurezas, que são chamadas de partículas de aerossol (cinzas, poeira, partículas de vapor d'água), determinam as características da passagem da radiação solar pela atmosfera e impedem o escape da radiação térmica da Terra para o espaço sideral.

A atmosfera da Terra é muito móvel. Os processos que surgem nele e as mudanças em sua composição gasosa, espessura, nebulosidade, transparência e a presença de várias partículas de aerossol nele afetam tanto o clima quanto o clima.

A ação e a direção dos processos naturais, assim como a vida e a atividade na Terra, são determinadas pela radiação solar. Dá 99,98% do calor que chega à superfície da Terra. Anualmente faz 134*1019 kcal. Essa quantidade de calor pode ser obtida queimando 200 bilhões de toneladas de carvão. As reservas de hidrogênio, que criam esse fluxo de energia termonuclear na massa do Sol, serão suficientes por pelo menos mais 10 bilhões de anos, ou seja, por um período duas vezes maior que o nosso planeta.

Cerca de 1/3 da quantidade total de energia solar que entra no limite superior da atmosfera é refletida de volta para o espaço mundial, 13% é absorvida pela camada de ozônio (incluindo quase toda a radiação ultravioleta). 7% - o resto da atmosfera e apenas 44% atinge a superfície da Terra. A radiação solar total que atinge a Terra em um dia é igual à energia que a humanidade recebeu como resultado da queima de todos os tipos de combustível no último milênio.

A quantidade e a natureza da distribuição da radiação solar na superfície da Terra dependem intimamente da nebulosidade e transparência da atmosfera. A quantidade de radiação espalhada é afetada pela altura do Sol acima do horizonte, a transparência da atmosfera, o conteúdo de vapor de água, poeira, a quantidade total de dióxido de carbono, etc.

A quantidade máxima de radiação espalhada cai nas regiões polares. Quanto mais baixo o Sol estiver acima do horizonte, menos calor entra em uma determinada área.

A transparência atmosférica e a nebulosidade são de grande importância. Em um dia nublado de verão, geralmente é mais frio do que em um claro, pois as nuvens diurnas impedem o aquecimento da superfície da Terra.

O teor de poeira da atmosfera desempenha um papel importante na distribuição de calor. As partículas sólidas finamente dispersas de poeira e cinzas, que afetam sua transparência, afetam negativamente a distribuição da radiação solar, a maior parte da qual é refletida. As partículas finas entram na atmosfera de duas maneiras: ou cinzas lançadas durante erupções vulcânicas, ou poeira do deserto transportada pelos ventos de regiões tropicais e subtropicais áridas. Especialmente muita poeira é formada durante as secas, quando é transportada para as camadas superiores da atmosfera por correntes de ar quente e pode permanecer lá por muito tempo. Após a erupção do vulcão Krakatoa em 1883, a poeira lançada dezenas de quilômetros na atmosfera permaneceu na estratosfera por cerca de 3 anos. Como resultado da erupção do vulcão El Chichon (México) em 1985, a poeira atingiu a Europa e, portanto, houve uma ligeira diminuição nas temperaturas da superfície.

A atmosfera da Terra contém uma quantidade variável de vapor de água. Em termos absolutos, em peso ou volume, sua quantidade varia de 2 a 5%.

O vapor de água, como o dióxido de carbono, aumenta o efeito estufa. Nas nuvens e neblinas que surgem na atmosfera, ocorrem processos físico-químicos peculiares.

A principal fonte de vapor de água na atmosfera é a superfície dos oceanos. Dele evapora anualmente uma camada de água de 95 a 110 cm de espessura, parte da umidade retorna ao oceano após a condensação e a outra é direcionada para os continentes pelas correntes de ar. Em regiões com clima variável e úmido, a precipitação umedece o solo e, em regiões úmidas, cria reservas de água subterrânea. Assim, a atmosfera é um acumulador de umidade e um reservatório de precipitação. e nevoeiros que se formam na atmosfera fornecem umidade à cobertura do solo e, assim, desempenham um papel decisivo no desenvolvimento do mundo animal e vegetal.

A umidade atmosférica é distribuída sobre a superfície da Terra devido à mobilidade da atmosfera. Possui um sistema muito complexo de distribuição de ventos e pressão. Devido ao fato de que a atmosfera está em movimento contínuo, a natureza e a extensão da distribuição dos fluxos e da pressão do vento estão mudando constantemente. As escalas de circulação variam desde a micrometeorológica, com tamanho de apenas algumas centenas de metros, até a global, com tamanho de várias dezenas de milhares de quilômetros. Enormes vórtices atmosféricos estão envolvidos na criação de sistemas de correntes de ar em grande escala e determinam a circulação geral da atmosfera. Além disso, são fontes de fenômenos atmosféricos catastróficos.

A distribuição do tempo e das condições climáticas e o funcionamento da matéria viva dependem da pressão atmosférica. No caso de a pressão atmosférica flutuar dentro de pequenos limites, ela não desempenha um papel decisivo no bem-estar das pessoas e no comportamento dos animais e não afeta as funções fisiológicas das plantas. Como regra, fenômenos frontais e mudanças climáticas estão associados a mudanças de pressão.

A pressão atmosférica é de fundamental importância para a formação do vento, que, por ser um fator formador de relevo, tem o efeito mais forte sobre a flora e a fauna.

O vento é capaz de suprimir o crescimento das plantas e ao mesmo tempo promover a transferência de sementes. O papel do vento na formação do tempo e das condições climáticas é grande. Ele também atua como um regulador das correntes marítimas. O vento como um dos fatores exógenos contribui para a erosão e deflação do material intemperizado em longas distâncias.

Papel ecológico e geológico dos processos atmosféricos

A diminuição da transparência da atmosfera devido ao aparecimento de partículas de aerossol e poeira sólida na mesma afeta a distribuição da radiação solar, aumentando o albedo ou refletividade. Várias reações químicas levam ao mesmo resultado, causando a decomposição do ozônio e a geração de nuvens "pérolas", constituídas de vapor d'água. As mudanças globais na refletividade, bem como as mudanças na composição dos gases da atmosfera, principalmente os gases de efeito estufa, são a causa das mudanças climáticas.

O aquecimento desigual, que causa diferenças na pressão atmosférica em diferentes partes da superfície da Terra, leva à circulação atmosférica, que é a marca registrada da troposfera. Quando há uma diferença de pressão, o ar corre de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão. Esses movimentos das massas de ar, juntamente com a umidade e a temperatura, determinam as principais características ecológicas e geológicas dos processos atmosféricos.

Dependendo da velocidade, o vento produz vários trabalhos geológicos na superfície da Terra. A uma velocidade de 10 m/s, sacode galhos grossos de árvores, recolhe e carrega poeira e areia fina; quebra galhos de árvores a uma velocidade de 20 m/s, carrega areia e cascalho; a uma velocidade de 30 m/s (tempestade) arranca telhados de casas, arranca árvores, quebra postes, move pedregulhos e carrega pequenos cascalhos, e um furacão a uma velocidade de 40 m/s destrói casas, quebra e derruba linha de energia postes, arranca grandes árvores.

Tempestades e tornados (tornados) têm um grande impacto ambiental negativo com consequências catastróficas - vórtices atmosféricos que ocorrem na estação quente em poderosas frentes atmosféricas com velocidade de até 100 m/s. Squalls são turbilhões horizontais com velocidades de vento de furacão (até 60-80 m/s). Eles são frequentemente acompanhados por chuvas fortes e trovoadas que duram de alguns minutos a meia hora. As rajadas cobrem áreas de até 50 km de largura e percorrem uma distância de 200 a 250 km. Uma forte tempestade em Moscou e na região de Moscou em 1998 danificou os telhados de muitas casas e derrubou árvores.

Os tornados, chamados tornados na América do Norte, são poderosos redemoinhos atmosféricos em forma de funil, muitas vezes associados a nuvens de trovoada. São colunas de ar que se estreitam no meio com um diâmetro de várias dezenas a centenas de metros. O tornado tem a aparência de um funil, muito parecido com a tromba de um elefante, descendo das nuvens ou subindo da superfície da terra. Possuindo uma forte rarefação e alta velocidade de rotação, o tornado viaja até várias centenas de quilômetros, atraindo poeira, água de reservatórios e vários objetos. Tornados poderosos são acompanhados por trovoadas, chuva e têm grande poder destrutivo.

Os tornados raramente ocorrem em regiões subpolares ou equatoriais, onde está constantemente frio ou quente. Poucos tornados em mar aberto. Os tornados ocorrem na Europa, Japão, Austrália, EUA e na Rússia são especialmente frequentes na região da Terra Negra Central, nas regiões de Moscou, Yaroslavl, Nizhny Novgorod e Ivanovo.

Tornados levantam e movem carros, casas, vagões, pontes. Tornados particularmente destrutivos (tornados) são observados nos Estados Unidos. De 450 a 1500 tornados são registrados anualmente, com uma média de cerca de 100 vítimas. Tornados são processos atmosféricos catastróficos de ação rápida. Eles são formados em apenas 20 a 30 minutos e seu tempo de existência é de 30 minutos. Portanto, é quase impossível prever a hora e o local de ocorrência dos tornados.

Outros vórtices atmosféricos destrutivos, mas de longo prazo, são os ciclones. Eles são formados devido a uma queda de pressão, que, sob certas condições, contribui para a ocorrência de um movimento circular das correntes de ar. Os vórtices atmosféricos se originam em torno de poderosas correntes ascendentes de ar úmido e quente e giram em alta velocidade no sentido horário no hemisfério sul e no sentido anti-horário no hemisfério norte. Os ciclones, ao contrário dos tornados, originam-se sobre os oceanos e produzem suas ações destrutivas sobre os continentes. Os principais fatores destrutivos são ventos fortes, precipitação intensa na forma de neve, chuvas torrenciais, granizo e enchentes. Ventos com velocidades de 19 a 30 m / s formam uma tempestade, 30 a 35 m / s - uma tempestade e mais de 35 m / s - um furacão.

Os ciclones tropicais - furacões e tufões - têm uma largura média de várias centenas de quilômetros. A velocidade do vento dentro do ciclone atinge a força do furacão. Os ciclones tropicais duram de vários dias a várias semanas, movendo-se a uma velocidade de 50 a 200 km/h. Os ciclones de latitude média têm um diâmetro maior. Suas dimensões transversais variam de mil a vários milhares de quilômetros, a velocidade do vento é tempestuosa. Eles se movem no hemisfério norte a partir do oeste e são acompanhados por granizo e neve, que são catastróficos. Os ciclones e seus furacões e tufões associados são os maiores desastres naturais após as inundações em termos de número de vítimas e danos causados. Em áreas densamente povoadas da Ásia, o número de vítimas durante os furacões é medido em milhares. Em 1991, em Bangladesh, durante um furacão que provocou a formação de ondas do mar de 6 m de altura, 125 mil pessoas morreram. Tufões causam grandes danos aos Estados Unidos. Como resultado, dezenas e centenas de pessoas morrem. Na Europa Ocidental, os furacões causam menos danos.

As tempestades são consideradas um fenômeno atmosférico catastrófico. Eles ocorrem quando o ar quente e úmido sobe muito rapidamente. Na fronteira das zonas tropicais e subtropicais, as tempestades ocorrem por 90-100 dias por ano, na zona temperada por 10-30 dias. Em nosso país, o maior número de tempestades ocorre no norte do Cáucaso.

As tempestades geralmente duram menos de uma hora. Chuvas intensas, tempestades de granizo, relâmpagos, rajadas de vento e correntes de ar verticais representam um perigo particular. O risco de granizo é determinado pelo tamanho das pedras de granizo. No norte do Cáucaso, a massa de granizo chegou a 0,5 kg e, na Índia, foram observados granizos pesando 7 kg. As áreas mais perigosas em nosso país estão localizadas no norte do Cáucaso. Em julho de 1992, granizo danificou 18 aeronaves no aeroporto de Mineralnye Vody.

O relâmpago é um fenômeno climático perigoso. Eles matam pessoas, gado, causam incêndios, danificam a rede elétrica. Cerca de 10.000 pessoas morrem todos os anos devido a tempestades e suas consequências em todo o mundo. Além disso, em algumas partes da África, na França e nos Estados Unidos, o número de vítimas de raios é maior do que de outros fenômenos naturais. O dano econômico anual das tempestades nos Estados Unidos é de pelo menos US$ 700 milhões.

As secas são típicas das regiões de deserto, estepe e estepe florestal. A falta de precipitação provoca o ressecamento do solo, baixando o nível das águas subterrâneas e nos reservatórios até que sequem completamente. A deficiência de umidade leva à morte da vegetação e das culturas. As secas são especialmente severas na África, Oriente Próximo e Médio, Ásia Central e sul da América do Norte.

As secas alteram as condições de vida humana, impactam negativamente o ambiente natural através de processos como a salinização do solo, ventos secos, tempestades de poeira, erosão do solo e incêndios florestais. Os incêndios são especialmente fortes durante a seca nas regiões de taiga, florestas tropicais e subtropicais e savanas.

As secas são processos de curto prazo que duram uma temporada. Quando as secas duram mais de duas estações, há uma ameaça de fome e mortalidade em massa. Normalmente, o efeito da seca se estende ao território de um ou mais países. Especialmente secas prolongadas com consequências trágicas ocorrem na região do Sahel da África.

Fenômenos atmosféricos como nevascas, chuvas fortes intermitentes e chuvas prolongadas prolongadas causam grandes danos. As quedas de neve causam avalanches maciças nas montanhas, e o rápido derretimento da neve caída e as chuvas pesadas prolongadas levam a inundações. Uma enorme massa de água caindo na superfície da terra, especialmente em áreas sem árvores, causa severa erosão da cobertura do solo. Há um crescimento intensivo de sistemas de ravina-viga. As inundações ocorrem como resultado de grandes inundações durante um período de forte precipitação ou inundações após um aquecimento súbito ou degelo da primavera e, portanto, são fenômenos atmosféricos de origem (discutidos no capítulo sobre o papel ecológico da hidrosfera).

Mudanças antropogênicas na atmosfera

Atualmente, existem diversas fontes de natureza antrópica que causam poluição atmosférica e levam a graves violações do equilíbrio ecológico. Em termos de escala, duas fontes têm maior impacto na atmosfera: transporte e indústria. Em média, os transportes representam cerca de 60% da quantidade total de poluição atmosférica, indústria - 15%, energia térmica - 15%, tecnologias para a destruição de resíduos domésticos e industriais - 10%.

O transporte, dependendo do combustível utilizado e dos tipos de agentes oxidantes, emite na atmosfera óxidos de nitrogênio, enxofre, óxidos e dióxidos de carbono, chumbo e seus compostos, fuligem, benzopireno (uma substância do grupo dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, que é um forte agente cancerígeno que causa câncer de pele).

A indústria emite dióxido de enxofre, óxidos e dióxidos de carbono, hidrocarbonetos, amônia, sulfeto de hidrogênio, ácido sulfúrico, fenol, cloro, flúor e outros compostos e produtos químicos na atmosfera. Mas a posição dominante entre as emissões (até 85%) é ocupada pela poeira.

Como resultado da poluição, a transparência da atmosfera muda, aerossóis, smog e chuvas ácidas aparecem nela.

Aerossóis são sistemas dispersos constituídos por partículas sólidas ou gotículas líquidas suspensas em um meio gasoso. O tamanho de partícula da fase dispersa é geralmente 10 -3 -10 -7 cm Dependendo da composição da fase dispersa, os aerossóis são divididos em dois grupos. Um inclui aerossóis que consistem em partículas sólidas dispersas em um meio gasoso, o segundo - aerossóis, que são uma mistura de fases gasosas e líquidas. Os primeiros são chamados de fumaça e o segundo - neblina. Os centros de condensação desempenham um papel importante no processo de sua formação. Cinzas vulcânicas, poeira cósmica, produtos de emissões industriais, várias bactérias, etc. atuam como núcleos de condensação.O número de possíveis fontes de núcleos de concentração está em constante crescimento. Assim, por exemplo, quando a grama seca é destruída pelo fogo em uma área de 4000 m 2, forma-se uma média de 11 * 10 22 núcleos de aerossol.

Os aerossóis começaram a se formar a partir do momento do surgimento do nosso planeta e influenciaram as condições naturais. No entanto, seu número e ações, equilibrados com a circulação geral de substâncias na natureza, não causaram mudanças ecológicas profundas. Fatores antropogênicos de sua formação deslocaram esse equilíbrio para sobrecargas biosféricas significativas. Essa característica foi especialmente pronunciada desde que a humanidade começou a usar aerossóis especialmente criados, tanto na forma de substâncias tóxicas quanto para proteção de plantas.

Os mais perigosos para a cobertura vegetal são os aerossóis de dióxido de enxofre, fluoreto de hidrogênio e nitrogênio. Quando em contato com a superfície molhada da folha, eles formam ácidos que têm um efeito prejudicial sobre os seres vivos. Névoas ácidas, juntamente com o ar inalado, entram nos órgãos respiratórios de animais e humanos e afetam agressivamente as membranas mucosas. Alguns deles decompõem tecidos vivos e aerossóis radioativos causam câncer. Entre os isótopos radioativos, o SG 90 é de particular perigo não apenas por causa de sua carcinogenicidade, mas também como um análogo do cálcio, substituindo-o nos ossos dos organismos, causando sua decomposição.

Durante explosões nucleares, nuvens de aerossóis radioativos se formam na atmosfera. Pequenas partículas com um raio de 1 a 10 mícrons caem não apenas nas camadas superiores da troposfera, mas também na estratosfera, na qual podem permanecer por um longo tempo. Nuvens de aerossóis também são formadas durante a operação de reatores de plantas industriais que produzem combustível nuclear, bem como em decorrência de acidentes em usinas nucleares.

Smog é uma mistura de aerossóis com fases líquidas e sólidas dispersas que formam uma cortina de neblina sobre áreas industriais e grandes cidades.

Existem três tipos de smog: gelo, úmido e seco. A poluição do gelo é chamada do Alasca. Esta é uma combinação de poluentes gasosos com a adição de partículas empoeiradas e cristais de gelo que ocorrem quando as gotículas de neblina e o vapor dos sistemas de aquecimento congelam.

O smog úmido, ou smog do tipo Londres, às vezes é chamado de smog de inverno. É uma mistura de poluentes gasosos (principalmente dióxido de enxofre), partículas de poeira e gotículas de neblina. O pré-requisito meteorológico para o aparecimento do smog de inverno é o clima calmo, no qual uma camada de ar quente está localizada acima da camada superficial de ar frio (abaixo de 700 m). Ao mesmo tempo, não apenas a troca horizontal, mas também a vertical está ausente. Poluentes, que geralmente estão dispersos em camadas altas, neste caso se acumulam na camada superficial.

O smog seco ocorre durante o verão e é frequentemente chamado de smog do tipo LA. É uma mistura de ozônio, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e vapores ácidos. Tal smog é formado como resultado da decomposição de poluentes pela radiação solar, especialmente sua parte ultravioleta. O pré-requisito meteorológico é a inversão atmosférica, que se expressa no aparecimento de uma camada de ar frio acima da quente. Gases e partículas sólidas geralmente levantadas por correntes de ar quente são então dispersos nas camadas frias superiores, mas neste caso eles se acumulam na camada de inversão. No processo de fotólise, os dióxidos de nitrogênio formados durante a combustão do combustível nos motores dos carros se decompõem:

NÃO 2 → NÃO + O

Então ocorre a síntese de ozônio:

O + O 2 + M → O 3 + M

NÃO + O → NÃO 2

Os processos de fotodissociação são acompanhados por um brilho amarelo-esverdeado.

Além disso, as reações ocorrem de acordo com o tipo: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, ou seja, ácido sulfúrico forte é formado.

Com uma mudança nas condições meteorológicas (aparecimento de vento ou mudança de umidade), o ar frio se dissipa e o smog desaparece.

A presença de carcinógenos no smog leva à insuficiência respiratória, irritação das membranas mucosas, distúrbios circulatórios, asfixia asmática e, muitas vezes, morte. O smog é especialmente perigoso para crianças pequenas.

A chuva ácida é a precipitação atmosférica acidificada por emissões industriais de óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio e vapores de ácido perclórico e cloro neles dissolvidos. No processo de queima de carvão e gás, a maior parte do enxofre nele contido, tanto na forma de óxido quanto em compostos com ferro, em particular em pirita, pirrotita, calcopirita, etc., se transforma em óxido de enxofre, que, juntamente com carbono dióxido de carbono é liberado na atmosfera. Quando o nitrogênio atmosférico e as emissões técnicas são combinados com o oxigênio, vários óxidos de nitrogênio são formados, e o volume de óxidos de nitrogênio formado depende da temperatura de combustão. A maior parte dos óxidos de nitrogênio ocorre durante a operação de veículos e locomotivas a diesel, e uma parte menor ocorre no setor de energia e empresas industriais. Os óxidos de enxofre e nitrogênio são os principais formadores de ácidos. Ao reagir com o oxigênio atmosférico e o vapor de água nele, formam-se ácidos sulfúrico e nítrico.

Sabe-se que o equilíbrio ácido-alcalino do meio é determinado pelo valor do pH. Um ambiente neutro tem um valor de pH de 7, um ambiente ácido tem um valor de pH de 0 e um ambiente alcalino tem um valor de pH de 14. Na era moderna, o valor de pH da água da chuva é de 5,6, embora no passado recente era neutro. Uma diminuição do valor de pH em um corresponde a um aumento de dez vezes na acidez e, portanto, atualmente, as chuvas com maior acidez caem em quase todos os lugares. A acidez máxima das chuvas registradas na Europa Ocidental foi de 4-3,5 pH. Deve-se levar em consideração que o valor de pH igual a 4-4,5 é fatal para a maioria dos peixes.

As chuvas ácidas têm um efeito agressivo na cobertura vegetal da Terra, em edifícios industriais e residenciais e contribuem para uma aceleração significativa do intemperismo das rochas expostas. Um aumento da acidez impede a auto-regulação da neutralização dos solos nos quais os nutrientes são dissolvidos. Por sua vez, isso leva a uma queda acentuada nos rendimentos e causa a degradação da cobertura vegetal. A acidez do solo contribui para a liberação de pesados, que se encontram em estado ligado, que são gradativamente absorvidos pelas plantas, causando sérios danos aos tecidos das mesmas e penetrando nas cadeias alimentares humanas.

Uma alteração no potencial alcalino-ácido das águas do mar, especialmente em águas rasas, leva à cessação da reprodução de muitos invertebrados, causa a morte de peixes e perturba o equilíbrio ecológico nos oceanos.

Como resultado da chuva ácida, as florestas da Europa Ocidental, Estados Bálticos, Carélia, Urais, Sibéria e Canadá estão sob ameaça de morte.

Troposfera

Seu limite superior está a uma altitude de 8-10 km em latitudes polares, 10-12 km em latitudes temperadas e 16-18 km em latitudes tropicais; menor no inverno do que no verão. A camada principal inferior da atmosfera contém mais de 80% da massa total de ar atmosférico e cerca de 90% de todo o vapor de água presente na atmosfera. Na troposfera, a turbulência e a convecção são altamente desenvolvidas, surgem nuvens, desenvolvem-se ciclones e anticiclones. A temperatura diminui com a altitude com um gradiente vertical médio de 0,65°/100 m

tropopausa

A camada de transição da troposfera para a estratosfera, a camada da atmosfera na qual a diminuição da temperatura com a altura pára.

Estratosfera

A camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Uma ligeira mudança na temperatura na camada de 11-25 km (a camada inferior da estratosfera) e seu aumento na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8 °C (a camada superior da estratosfera ou região de inversão) são típicos. Tendo atingido um valor de cerca de 273 K (quase 0 °C) a uma altitude de cerca de 40 km, a temperatura mantém-se constante até uma altitude de cerca de 55 km. Essa região de temperatura constante é chamada de estratopausa e é a fronteira entre a estratosfera e a mesosfera.

Estratopausa

A camada limite da atmosfera entre a estratosfera e a mesosfera. Existe um máximo na distribuição vertical da temperatura (cerca de 0 °C).

Mesosfera

A mesosfera começa a uma altitude de 50 km e se estende até 80-90 km. A temperatura diminui com a altura com um gradiente vertical médio de (0,25-0,3)°/100 m. O principal processo de energia é a transferência de calor radiante. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres, moléculas excitadas vibracionalmente, etc., causam luminescência atmosférica.

Mesopausa

Camada de transição entre a mesosfera e a termosfera. Existe um mínimo na distribuição vertical da temperatura (cerca de -90 °C).

Linha Karman

Altitude acima do nível do mar, que é convencionalmente aceita como o limite entre a atmosfera da Terra e o espaço. A linha Karmana está localizada a uma altitude de 100 km acima do nível do mar.

Limite da atmosfera da Terra

Termosfera

O limite superior é de cerca de 800 km. A temperatura sobe para altitudes de 200-300 km, onde atinge valores da ordem de 1500 K, após o que permanece quase constante até altas altitudes. Sob a influência da radiação solar ultravioleta e de raios-x e da radiação cósmica, o ar é ionizado (“luzes polares”) - as principais regiões da ionosfera estão dentro da termosfera. Em altitudes acima de 300 km, predomina o oxigênio atômico. O limite superior da termosfera é amplamente determinado pela atividade atual do Sol. Durante períodos de baixa atividade, há uma diminuição notável no tamanho dessa camada.

Termopausa

A região da atmosfera acima da termosfera. Nesta região, a absorção da radiação solar é insignificante e a temperatura não muda com a altura.

Exosfera (esfera de dispersão)

Camadas atmosféricas até uma altura de 120 km

Exosfera - zona de dispersão, a parte externa da termosfera, localizada acima de 700 km. O gás na exosfera é muito rarefeito e, portanto, suas partículas vazam para o espaço interplanetário (dissipação).

Até uma altura de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Nas camadas mais altas, a distribuição dos gases em altura depende de suas massas moleculares, a concentração de gases mais pesados ​​diminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido à diminuição da densidade do gás, a temperatura cai de 0°C na estratosfera para -110°C na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200 a 250 km corresponde a uma temperatura de ~150°C. Acima de 200 km, flutuações significativas na temperatura e na densidade do gás são observadas no tempo e no espaço.

A uma altitude de cerca de 2.000-3.500 km, a exosfera passa gradualmente para o chamado vácuo do espaço próximo, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas este gás é apenas parte da matéria interplanetária. A outra parte é composta por partículas semelhantes a poeira de origem cometária e meteórica. Além de partículas semelhantes a poeira extremamente rarefeitas, a radiação eletromagnética e corpuscular de origem solar e galáctica penetra nesse espaço.

A troposfera representa cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera representa cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera. Com base nas propriedades elétricas na atmosfera, a neutrosfera e a ionosfera são distinguidas. Atualmente, acredita-se que a atmosfera se estenda a uma altitude de 2.000-3.000 km.

Dependendo da composição do gás na atmosfera, a homosfera e a heterosfera são distinguidas. A heterosfera é uma área onde a gravidade tem um efeito na separação dos gases, uma vez que a sua mistura a tal altura é insignificante. Daí segue a composição variável da heterosfera. Abaixo dela encontra-se uma parte homogênea e bem misturada da atmosfera, chamada de homosfera. O limite entre essas camadas é chamado de turbopausa e fica a uma altitude de cerca de 120 km.

O mundo ao nosso redor é formado por três partes muito diferentes: terra, água e ar. Cada um deles é único e interessante à sua maneira. Agora vamos falar apenas sobre o último deles. O que é atmosfera? Como surgiu? De que é feito e em que partes se divide? Todas essas questões são extremamente interessantes.

O próprio nome "atmosfera" é formado a partir de duas palavras de origem grega, traduzidas para o russo que significam "vapor" e "bola". E se você observar a definição exata, poderá ler o seguinte: "A atmosfera é a concha de ar do planeta Terra, que corre com ela no espaço sideral". Desenvolveu-se em paralelo com os processos geológicos e geoquímicos que ocorreram no planeta. E hoje todos os processos que ocorrem nos organismos vivos dependem disso. Sem uma atmosfera, o planeta se tornaria um deserto sem vida como a lua.

Em que consiste?

A questão do que é a atmosfera e quais elementos estão incluídos nela tem interessado as pessoas há muito tempo. Os principais componentes desta concha já eram conhecidos em 1774. Eles foram instalados por Antoine Lavoisier. Ele descobriu que a composição da atmosfera é formada principalmente de nitrogênio e oxigênio. Com o tempo, seus componentes foram refinados. E agora sabemos que contém muito mais gases, além de água e poeira.

Vamos considerar com mais detalhes em que consiste a atmosfera da Terra perto de sua superfície. O gás mais comum é o nitrogênio. Ele contém um pouco mais de 78 por cento. Mas, apesar de uma quantidade tão grande, o nitrogênio no ar praticamente não é ativo.

O próximo elemento maior e mais importante é o oxigênio. Este gás contém quase 21% e mostra uma atividade muito alta. Sua função específica é oxidar a matéria orgânica morta, que se decompõe como resultado dessa reação.

Gases baixos, mas importantes

O terceiro gás que faz parte da atmosfera é o argônio. Seu pouco menos de um por cento. É seguido por dióxido de carbono com neon, hélio com metano, criptônio com hidrogênio, xenônio, ozônio e até amônia. Mas eles estão contidos tão pouco que a porcentagem de tais componentes é igual a centésimos, milésimos e milionésimos. Destes, apenas o dióxido de carbono desempenha um papel significativo, pois é o material de construção que as plantas precisam para a fotossíntese. Sua outra função importante é impedir a entrada de radiação e absorver parte do calor do sol.

Outro gás raro, mas importante, o ozônio, existe para reter a radiação ultravioleta proveniente do sol. Graças a esta propriedade, toda a vida no planeta é protegida de forma confiável. Por outro lado, o ozônio afeta a temperatura da estratosfera. Devido ao fato de absorver essa radiação, o ar é aquecido.

A constância da composição quantitativa da atmosfera é mantida pela mistura ininterrupta. Suas camadas se movem horizontalmente e verticalmente. Portanto, em qualquer lugar do mundo há oxigênio suficiente e não há excesso de dióxido de carbono.

O que mais está no ar?

Deve-se notar que vapor e poeira podem ser detectados no espaço aéreo. Este último consiste em partículas de pólen e solo, na cidade são unidas por impurezas das emissões de partículas dos gases de escape.

Mas há muita água na atmosfera. Sob certas condições, condensa e aparecem nuvens e neblina. Na verdade, é a mesma coisa, apenas os primeiros aparecem bem acima da superfície da Terra, e o último se espalha ao longo dela. As nuvens assumem uma variedade de formas. Este processo depende da altura acima da Terra.

Se eles se formaram 2 km acima da terra, são chamados de camadas. É deles que a chuva cai no chão ou a neve cai. Nuvens cumulus se formam acima deles até uma altura de 8 km. Eles são sempre os mais bonitos e pitorescos. São eles que são examinados e se perguntam como são. Se tais formações aparecerem nos próximos 10 km, serão muito leves e arejadas. O nome deles é cirro.

Quais são as camadas da atmosfera?

Embora tenham temperaturas muito diferentes umas das outras, é muito difícil dizer em que altura particular uma camada começa e outra termina. Esta divisão é muito condicional e aproximada. No entanto, as camadas da atmosfera ainda existem e desempenham suas funções.

A parte mais baixa da camada de ar é chamada de troposfera. Sua espessura aumenta ao se mover dos pólos para o equador de 8 a 18 km. Esta é a parte mais quente da atmosfera, pois o ar nela é aquecido pela superfície da Terra. A maior parte do vapor de água está concentrada na troposfera, de modo que as nuvens se formam nela, a precipitação cai, as tempestades roncam e os ventos sopram.

A próxima camada tem cerca de 40 km de espessura e é chamada de estratosfera. Se o observador se mover para esta parte do ar, ele descobrirá que o céu ficou roxo. Isso se deve à baixa densidade da substância, que praticamente não espalha os raios do sol. É nesta camada que os aviões a jato voam. Para eles, todos os espaços abertos estão abertos ali, já que praticamente não há nuvens. Dentro da estratosfera existe uma camada composta por uma grande quantidade de ozônio.

Segue-se a estratopausa e a mesosfera. Este último tem uma espessura de cerca de 30 km. É caracterizada por uma diminuição acentuada da densidade do ar e da temperatura. O céu parece preto para o observador. Aqui você pode até observar as estrelas durante o dia.

Camadas com pouco ou nenhum ar

A estrutura da atmosfera continua com uma camada chamada termosfera - a mais longa de todas as outras, sua espessura chega a 400 km. Esta camada é caracterizada por uma temperatura enorme, que pode chegar a 1700 ° C.

As duas últimas esferas são frequentemente combinadas em uma e a chamam de ionosfera. Isso se deve ao fato de que ocorrem reações neles com a liberação de íons. São essas camadas que permitem observar um fenômeno natural como as luzes do norte.

Os próximos 50 km da Terra são reservados para a exosfera. Esta é a camada externa da atmosfera. Nele, partículas de ar são espalhadas no espaço. Os satélites meteorológicos geralmente se movem nesta camada.

A atmosfera da Terra termina com uma magnetosfera. Foi ela quem abrigou a maioria dos satélites artificiais do planeta.

Depois de tudo o que foi dito, não deve haver dúvida sobre o que é a atmosfera. Se houver dúvidas sobre sua necessidade, é fácil dissipá-las.

O valor da atmosfera

A principal função da atmosfera é proteger a superfície do planeta do superaquecimento durante o dia e resfriamento excessivo à noite. A próxima importância desta concha, que ninguém contestará, é fornecer oxigênio a todos os seres vivos. Sem isso, eles sufocariam.

A maioria dos meteoritos queimam nas camadas superiores, nunca atingindo a superfície da Terra. E as pessoas podem admirar as luzes voadoras, confundindo-as com estrelas cadentes. Sem uma atmosfera, toda a Terra estaria repleta de crateras. E sobre a proteção contra a radiação solar já foi mencionado acima.

Como uma pessoa afeta a atmosfera?

Muito negativo. Isto é devido à crescente atividade das pessoas. A maior parte de todos os aspectos negativos recai sobre a indústria e os transportes. Aliás, são os carros que emitem quase 60% de todos os poluentes que penetram na atmosfera. As quarenta restantes estão divididas entre energia e indústria, bem como indústrias de destruição de resíduos.

A lista de substâncias nocivas que reabastecem a composição do ar todos os dias é muito longa. Por causa do transporte na atmosfera estão: nitrogênio e enxofre, carbono, azul e fuligem, além de um forte agente cancerígeno que causa câncer de pele - o benzopireno.

A indústria é responsável pelos seguintes elementos químicos: dióxido de enxofre, hidrocarbonetos e sulfeto de hidrogênio, amônia e fenol, cloro e flúor. Se o processo continuar, logo as respostas para as perguntas: “Qual é a atmosfera? Em que consiste? será completamente diferente.